Процесът на топлинна обработка еднакъв ли е за различните метални материали?

一, Основата за разграничаване на концепциите за процеси
Основната идея зад термичната обработка на метала е да се използват температурни полета за регулиране на движението на атомите и промяната на фазите. Различните метали обаче имат доста различни начини за подреждане на своите атоми и промяна на фазите.
Сплави на основата на желязо- (стомана): Според фазовата диаграма на желязо-въглерод процеси като аустенитизация и мартензитна трансформация правят материала по-здрав. Например, за да се аустенизира напълно структурата на стомана 45 #, тя трябва да се нагрее до 840–860 градуса и след това да се охлади бързо, за да се получи мартензит, който има твърдост HRC50–55.
Алуминиева сплав: зависи от механизмите за укрепване на твърдия разтвор и стареенето. Например, когато работите с алуминиева сплав 6061, третирането с разтвор означава задържане при 530–540 градуса за 4–6 часа, за да се разтвори напълно фазата Mg ₂ Si. След това се охлажда във вода, за да се получи свръхнаситен твърд разтвор, и накрая се отлежава при 175 градуса, за да се получат укрепващи фази на наномащаб. Възможно е да се повиши якостта на опън от 180MPa до 310MPa.
За титанови сплави топлинната обработка в областта на бета фазата контролира микроструктурата. Чрез въздушно охлаждане на титанова сплав TC4 след обработка с твърд разтвор във фазовата област при 980–1020 градуса, тя може да получи слоеста + структура с якост на опън от 1100 MPa. Ако се извърши изотермична обработка при 850 градуса, може да се образува равноосна алфа фаза и степента на удължение може да се повиши до 15%.
2, Различни начини за извършване на типични процеси
Различните видове метали са разработили свои собствени методи за термична обработка, тъй като имат различни изисквания за ефективност.
1. Различни начини за работа със стоманени материали
Закаляване и темпериране: За да получите висока твърдост (HRC62-65) и устойчивост на износване, инструменталната стомана с високо съдържание на въглерод (като T10A) трябва да бъде закалена при 1000–1050 градуса и темперирана при 200 градуса. За да се получи закалена мартензитна структура, закалената и темперирана стомана 42CrMo трябва да бъде охладена при 850 градуса и темперирана при 550 градуса. Тази структура съчетава якост (σ b По-голямо или равно на 1080MPa) и издръжливост (ak По-голямо или равно на 39J).
Уникален процес: Криогенното третиране (охлаждане с течен азот от -196 градуса) може да превърне остатъчния аустенит в мартензит, което прави лагерната стомана 9Cr18Mo 1-2HRC по-твърда; закаляването на повърхността с индукционно нагряване може да създаде втвърден слой с дебелина 5 mm върху повърхността на зъбното колело, като същевременно поддържа сърцевината здрава.
2. Процеси, които са само за -цветни метали
Обработката T6 (твърд разтвор+изкуствено стареене) е типичният начин за по-здрави алуминиеви сплави от серия 6000. За да балансира здравината и устойчивостта на корозия при напрежение, алуминиевата сплав 7075 се нуждае от T74 дву-етапно стареене (120 градуса /24 часа → 160 градуса /8 часа).
Медна сплав: Берилиевият бронз (QBe2) образува фазата, когато старее при 320–340 градуса и има твърдост HRC38–42. Месингът (H62) е-облекчен при 300–350 градуса, за да се отърве от втвърдяването при студена обработка.
Магнезиева сплав: След като бъде обработена в разтвор при 415 градуса, магнезиевата сплав AZ91D образува фазата - Mg ₁₇ Al ₁₂ чрез стареене при 175 градуса. Това прави границата на провлачване с 30% по-голяма.
3. Уникални потребности от огнеупорни метали
Волфрамова сплав: нуждае се от рекристализиращо отгряване при 1400–1600 градуса, за да се отърве от втвърдяването при студена обработка, а размерът на зърното трябва да се поддържа на по-малко или равно на 50 μm, за да се запази якостта при високи температури.
Молибденова сплав: За да се поправят радиационните щети и да се възстанови ефективността на структурните материали на ядрения реактор, тя се отгрява при висока температура от 1800–2000 градуса.
3, Закони, които са общи за дизайна на процеса
Дори ако параметрите на процеса са много разнообразни, проектът за термична обработка за различни видове метални материали следва следните основни правила:
Фазовата диаграма е основната идея зад всички проекти на процеси. Критичната температура (Ac ₁, Ac ∝, Ms и т.н.) се използва за избор на температура на нагряване. Например, за да се разтворят напълно карбидите в неръждаема стомана 304, тя трябва да се нагрее до 1050–1100 градуса.
Контрол на скоростта на охлаждане: Изберете правилната среда (вода, масло, полимер и т.н.), за да контролирате скоростта на охлаждане и да накарате тъканта да се промени по определен начин. Закаляването с вода може да превърне високо-въглеродната стомана в мартензит, докато закаляването с масло може да предпази ниско{3}}легираната стомана от счупване.
Отгряването за облекчаване на напрежението (например стомана при 300–400 градуса и алуминиева сплав при 150–200 градуса) се използва, за да се отърве от напрежението при обработка и да предпази нещата от огъване или напукване. Вместо топлинна обработка, вибрационното стареене (VSR) се използва широко за намаляване на напрежението в частите от алуминиева сплав на самолета.
Съвместна модификация на повърхността: Използване на химическа термична обработка (въглеродяване, азотиране) и закаляване на повърхността заедно, за да получите различни нива на производителност. Например, зъбните колела се карбуризират с 20CrMnTi (930 градуса × 8h), охлаждат се и се темперират при ниски температури. Това им дава повърхностна твърдост от HRC58-62 и ги поддържа здрави в сърцевината.
4, Водещата посока на подобряване на процеса
С напредването на науката за материалите техниките за термична обработка показват следните иновативни тенденции:
Локалната топлинна обработка с лазер/електронен лъч е прецизен начин за контролиране на температурата на малки участъци от тъкан. Използва се, за да направи дупките на газовия филм около лопатките на самолетния двигател по-здрави.
Система за интелигентен процес: Тя може да прогнозира как тъканта ще се промени и да подобри параметрите въз основа на цифрова симулация на двоен процес на топлинна обработка. Например, GE използва софтуера ProCAST, за да предпази диска на турбината от деформация с повече от 0,1 mm по време на охлаждане.
Технология за правене на нещата по екологичен начин: Карбуризирането при ниско налягане (LPC) замества традиционното газово карбуризиране, за да се намалят емисиите на CO₂. Технологията за замяна на охлаждащо масло (като PAG полимер) намалява емисиите на VOC.